Panorama des projets de recherche HES-SO en énergie à financement public exogène
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Panorama des projets de recherche HES-SO en énergie à financement public exogène
Projets de recherche en énergie Ce document a pour objectif de retracer les projets de recherche à financement exogène public compétitif en énergie à la HES-SO, et se concentre ainsi sur les fonds de type : FNS, CTI, SCCER, OFEN, DDC, Interreg, FP7 et H2020. Il ne s’agit pas d’une liste exhaustive de toutes les recherches en énergie au sein des hautes écoles de la HES-SO. Les nombreux projets en énergie financés par Nano-Tera, EOS Holding, Fondation The Ark, Gebert Rüf Stiftung, etc. ainsi que les mandats de recherche cantonaux ne figurent pas dans ce document. Mise à jour : février 2015 Impressum Rédaction Agnès Rey, agnes.rey @ hes-so.ch Unité d’Appui Ra&D, Rectorat HES-SO Rue de la Jeunesse 1 2800 Delémont Crédits photographiques © Alpiq-Grande-Dixence SA ©Fotolia - IrisArt ©Fotolia - bizio_ti ©Shutterstock-argus Mise en page structo.ch Impression Pressor, Delémont 2
Stimuler les énergies de demain
Dresser un panorama exhaustif de la recherche en Energie menée à la HES-SO
est une gageure. Mais la variété des champs de recherche exposés et détaillés
dans cette brochure dévoile l’étendue des compétences des chercheuses et des
chercheurs sur cette thématique au sein des hautes écoles de l’institution.
Géothermie, pile à combustible, réseau électrique, hydroélectricité, transfert de
technologie, traitement de données, torréfaction, turbines à air chaud, analyse du
cycle de vie, isolation, voilà en vrac quelques-uns des thèmes abordés par ces
projets. Ces derniers couvrent le secteur énergétique au sens large, de la gestion
d’un bâtiment au décryptage de données réseaux par exemple.
Les 47 projets présentés dans cette publication ont obtenu un financement
exogène public (avec des fonds de types FNS, CTI, SSCER, OFEN, DDC, Interreg, FP7
et H2020). L’ensemble de ces projets sont ancrés au cœur de la vie économique de
Suisse occidentale et ont bénéficié de collaborations avec des partenaires privés,
de la PME à la grande entreprise.
Comme l’écrivait Socrate, « le secret du changement est de concentrer toute son
énergie, non pas à lutter contre notre passé, mais à construire notre avenir ». C’est
dans cet esprit et avec cette riche palette de projets que la HES-SO répond aux défis
énergétiques de demain et construit, brique après brique, l’avenir de la société.
Luciana Vaccaro
Rectrice
3
Projets de recherche en énergie
Index
CTI Geothermal Testing System (GTS) 6 CTI Miniaturisierung des Torus-Spiralgetriebes 19
in Kunststoff-Stahl und Kunststoff-Kunststoff zur
CTI DAHLIA, valve pour circuits de refroidissement 7 Erschliessung des Massenmarktes der hochunter-
de véhicules à faibles émissions polluantes setzten Kleingetriebe
CTI FURIES WP3 AC/DC Multi-terminal networks – 8 FNS ACTIVE INTERFACES – Holistic strategy 20
AC/DC system interactions to Accelerate the transposition of advanced
CTI Development of 30 kW H2-air fuel cell stack for 9 BIPV adapted solutions into real innovative ractices
automotive applications FNS Hydropower Operation and Economic Perfor- 21
CTI Agreflex : Aggregation of flexible electrical loads 10 mance in a Changing Market Environment (HP-Operation)
CTI SCCER Supply of Electricity WP 3.2 11 FNS Modélisation d’un système énergétique 22
durable en incluant les paramètres
CTI SCCER Furies WP 1.3 – Du micro pompage-tur- 12 comportementaux et sociaux
binage pour réguler localement le réseau
FNS Tests, simulation and validation of adsorption 23
CTI SCCER BIOSWEET – Biomass 13 heat pump applications
for Swiss Energy Future
FNS Systemic, Multi-Scale Approach to Integration 24
CTI Pumped heat electricity storage 14 of Renewable Energies in Electric Power Systems
CTI DUO TURBO Providing Industrial 15 FNS Understanding the market for raw wood : 25
and Competitive Family of Low-CAPEX supply and demand aspects
Integrated Plug-and-Play Energy Recovery Stations
FNS GOUVEOLE – Gouvernance 26
CTI SEMS-ESCO : Limitation du pic quart-horaire 16 territoriale de l’activité éolienne
dans les installations professionnelles et optimisation
énergétique par le biais d’unités de stockage OFEN APEAS – Automatic Personal Energy 27
Advicing System
CTI SHX – A nouvel Self-Healing medical diagnostic 17
X-ray power source Financement : CTI OFEN Caractérisation des modules photovoltaïques 28
à colorant de l’entreprise g2e (Glass to Energy)
CTI Neurocool 2 : Development of a self-Commissio- 18
ning, predictive controller for central air conditioning OFEN TORPLANT – Développement et pilote d’un 29
système intégré de torréfaction de biomasse,
phase laboratoire
OFEN Production décentralisée combinée d’électri- 30 OFEV PROXIPEL Unité mobile de production 41
cité et de chaleur de très petite puissance intégrée de pellets à partir de résidus de biomasse
(1 kWe) à partir de bois pour l’habitat
H2020 Robust Internal Thermal Insulation 42
OFEN Hydrogen, Bioethanol and Electricity 31 of Historic Buildings (RIBuild)
Production with a bioelectrical cell
FP7 IoT6 : Universal integration of the Internet of 43
OFEN PEEAP Compteurs 32 Things through an IPv6-based service oriented
architecture enabling heterogeneous components
OFEN Rénovation à haute efficacité énergétique 33 interoperability
et faibles impacts environnementaux (ECO-Reno)
FP7 ORION (ORganic waste management 44
OFEN Campagne de mesures : installation solaire 34 by a small-scale innovative automated system
thermique à haute température de Colas Suisse SA of anaerobic digestION)
OFEN Utilisation optimale des pompes en parallèle 35 FP7 Hyperbole – HYdropower plants PERformance 45
OFEN Simuler des installations 36 and flexiBle Operation towards Lean integration
géothermiques mesurées of new renewable Energies
OFEN Containers mobiles utilisés comme abris de 37 FP7 SEMIAH – Scalable Energy Management 46
chantier ou locaux de services : réalisation Infrastructure for Aggregation of Households
d’une fiche d’information FP7 Biopolymers from Syngas fermentation 47
OFEN SEPIA : Social Cushioning of Energy Price 38 FP7 ONSITE 48
Increases and Public Acceptability
FP7 Holistic energy-efficient retrofitting 49
OFEN renovE - Logiciel pour la rénovation 39 of residential buildings
énergétique des bâtiments
Interreg Plate-forme pour la promotion 50
OFEN GridEye : Outil de gestion d’un réseau 40 de l’écoconstruction et des écomatériaux
électrique basse tension, destiné à la prise
en charge des injections massives non contrôlées DDC Eco-habitat à haute efficacité énergétique 51
des sources de génération décentralisées utilisant au mieux les ressources
locales et adapté au contexte sahélien
Projets de recherche en énergie
Geothermal
Testing System (GTS)
Les systèmes de chauffage utilisant l’énergie géothermique
de basse profondeur ( Mai 2014
Responsable du projet
André Rotzetta,
andre.rotzetta @ hefr.ch
Institut ENERGY
Haute école d’ingénierie et d’architecture
de Fribourg
6
DAHLIA, valve pour circuits
de refroidissement de véhicules
à faibles émissions polluantes
Développement d’une valve pilotée pour circuits de refroi-
dissement de véhicules automobiles par des méthodes
hautement performantes. Une régulation thermique opti-
misée des moteurs à
permet de réduire leur consommation et leurs émissions
polluantes. L’ajout de fonctions d’hybridation (machines
électriques à haute puissance, packs de batteries) néces-
site des circuits de refroidissement supplémentaires. En
conséquence, des circuits de refroidissement complexes Financement
ont fait leur apparition, ils comportent plusieurs branches CTI
devant être régulées indépendamment. Collaboration
Une méthode de développement d’un actionneur pilo- Johnson Electric Switzerland AG,
tant une telle valve avait été étudiée lors d’un projet Automotive Products Group à Murten
précédent.
Afin d’obtenir un système complet, la partie hydraulique, Durée du projet
soit la valve elle-même, doit être étudiée. Le but de ce Avril 2013 > Avril 2015
projet est donc de développer, d’une part, la partie valve Responsable du projet
d’un tel système et son optimisation par des méthodes Elena-Lavinia Niederhäuser
de simulation numériques avancées et, d’autre part, une elena-lavinia.Niederhaeuser@hefr.ch
méthode avancée d’optimisation permettant d’aboutir Institut ENERGY
rapidement et de manière rationnelle à un design de vanne Haute école d’ingénierie et d’architecture
optimal. de Fribourg
Champ de recherche
• Valve
• Moteur
• Pertes de charge
• Optimisation énergétique
• Algorithme génétique
• Injection plastique
7
Projets de recherche en énergie
Case A.
FURIES WP3 AC/DC 3000
2000
Z 25 380kV
Z 28 380kV
Z 2 220kV
Multi-terminal networks –
Z 11 220kV
Z 14 220kV
1000
Z 17 220kV
Z 19 220kV
AC/DC system interactions 0
3000
200 400 600 800
Case B.
1000 1200 1400
Z 25 220kV
Z 26 220kV
Z 31 220kV
Z
37 220kV
Z
42 220kV
2000 Z
Multi-terminal DC transmission is not yet commercially 51 220kV
Impedance Zbus in node n [Ohm]
Z
55 220kV
Z 60 220kV
1000
used, but it is anticipated to be a relevant option for sys- Z 68 220kV
Z
71 220kV
0 Z
78 220kV
200 400 600 800 1000 1200 1400
tem expansion or reinforcement soon. The deployment Case C.
Z
Z
81 220kV
82 220kV
3000 Z
85 220kV
of this novel solution needs to be prepared in order to 2000
Z
Z
91 220kV
100 220kV
Z
minimise technical risks and to ensure the interoperability 1000
Z
Z
105 220kV
124 220kV
125 220kV
Z
of these systems. 0
200 400 600 800 1000 1200 1400
Z
Z
127 220kV
130 220kV
131 220kV
Case D.
3000
• Key challenge 1
2000
Gain clarity on the needed operational co-ordination 1000
of embedded HVDC systems within synchronous AC 0
200 400 600 800 1000 1200 1400
systems. Frequency [Hz]
• Key challenge 2
Improve the fault behaviour and topology of HVDC
converters to prepare them for use in multi-terminal Funds
DC grids. CTI – SCCER FURIES
Collaboration
Within SCCER FURIES, HEIG-VD and HEIA-FR are inves- EPFL, ETHZ, EOS Holding, Swissgrid
tigating modular multi-level converters for HVDC and
renewable energy connections. On the system side Project duration
(AC-DC interactions), the effect of network resonances January 2014 > January 2017
and dynamic stability contributions from HVDC are Project’s responsible
investigated. Patrick Favre-Perrod
patrick.favre-perrod @ hes-so.ch
Research fields Institut ENERGY
• Réseaux électriques Haute école d’ingénierie et d’architecture
de Fribourg
• HVDC
8
Development of 30 kW
H2-air fuel cell stack
for automotive applications
The aim of this project is to develop a 10 kW and a 30 kW
H2-air fuel cell (FC) stack for automotive applications based
on innovative Swiss technology for air compressors. The
target is to overcome some of the drawbacks of H2-O2 fuel
cell and conventional FC air supply systems. The goal will
be to provide a FC system using air as oxidant offering a)
an excellent fuel efficiency and b) compactness and
price-worthiness close to the performance achieved with
a pure oxygen FC system.
The sub-task of HEIG-VD in this project is to develop
test benches and test different FC.
Research fields
• Piles à combustible
• Banc test
• Mobilité électrique
• Hydrogène
• Modélisation Funds
CTI
Collaboration
EPFL, Belenos Clean Power
Project duration
2012 > 2014
Project’s responsible
Jean-François Affolter
jean-francois.affolter @ heig-vd.ch
Institut d’Energie et Systèmes Electriques,
HEIG-VD, Yverdon-les-Bains
9
Projets de recherche en énergie
Agreflex : Aggregation
of flexible electrical loads
Storage of electrical energy will play a key role to enable
the large scale deployment of intermittent renewables.
The control of flexible electrical loads, mainly systems for
electric heating and electrical domestic hot water prepa-
ration, offers services equivalent to short-term (day scale)
and mid-term (week scale) storage.
The goal of the Agreflex project is to design solutions
enabling groups of flexible loads to be controlled as a
single resource modelled as a battery. Such a resource
would then be managed by a Virtual Power Plant (VPP)
controller.
Concretely, the following activities are performed :
• estimation of shiftable power and energy at the
scale of Switzerland
• design and simulation of aggregation algorithms
requiring a limited exchange of control information
between the controlled sites and the aggregator
• performance verification based on measurement
of buildings
Funds
Research fields CTI – SCCER FURIES
• Demand response EOS Holding
• Statistical data processing Project duration
• Selflearning systems 2014 > 2017
• Energy system simulation Project’s responsible
Dominique Gabioud
• Building physics dominique.gabioud @ hevs.ch
Institute for Industrial Systems,
HES-SO Valais-Wallis HEI, Sion
10SCCER Supply
of Electricity WP 3.2
En 2012, la puissance mondiale installée dans le domaine
de la petite hydraulique était estimée approximativement
à 75 GW, représentant plus de 7% de la capacité hydraulique
totale. En Suisse en 2010, il y avait déjà plus de 1300 petites
centrales hydroélectriques en fonctionnement pour une
capacité installée de 859 MW représentant plus de 5% de
la production d’électricité du pays.
La mise hors service progressive des centrales nucléaires
en Suisse nécessite l’installation de nouveaux moyens de
production d’électricité. Le potentiel de la petite hydraulique
est évalué à 1,3-1,6 TWh selon l’OFEN. L’objectif de ce projet
est de développer une gamme de microturbines axiales
pour récupérer l’énergie dissipée par les réducteurs de
pression des réseaux d’eau potable. Ce projet s’inscrit dans
le cadre du projet SCCER 4 Supply of Electricity.
Champs de recherche
• Hydroélectricité
• Innovation
• Infrastructures existantes Financement
• Turbines CTI – SCCER SoE
• Design Collaboration
• Optimisation EPFL
Durée du projet
2013 > 2016
Responsable du projet
Cécile Münch-Alligné
cecile.muench @ hevs.ch
Institut Systèmes Industriels,
HES-SO Valais-Wallis HEI, Sion
11Projets de recherche en énergie
SCCER Furies WP 1.3 – Du micro
pompage-turbinage pour
réguler localement le réseau
Un système de production électrique incluant une grande
part d’énergies renouvelables de nature intermittente doit
faire appel à des capacités de stockage que seules les cen-
trales de pompage-turbinage sont à même d’offrir. Dans le
domaine de la grande hydraulique, cette technique de stoc-
kage est relativement bien connue, et certaines technologies
comme les pompes-turbines ont été développées spécifi-
quement pour ce type d’application.
A petite échelle, le micro pompage-turbinage est une
solution envisageable pour contrôler localement le réseau
électrique (compensation charge-renouvelables, services
de support réseau). Contrairement au cas de la grande
hydraulique, ce type d’installation n’a pas encore été réalisé
pour les petites puissances, cela peut s’expliquer en partie
par le fait que le rendement des pompes dans cette gamme
de puissance n’est pas optimisé.
Ce projet a pour but d’étudier et d’identifier les techno-
logies de la petite hydraulique les plus adaptées pour ce
type d’installation. Le projet comportera également une
évaluation des avantages liée aux systèmes de support Financement
aux réseaux : contrôle optimal de la tension, gestion de CTI – SCCER FURIES
l’écrêtement de la demande d’énergie de point, dispatching Durée du projet
optimal. 2014 > 2016
Champs de recherche Responsable du projet
Cécile Münch-Alligné
• Hydroélectricité cecile.muench @ hevs.ch
• Turbines Institut Systèmes Industriels,
• Micro pompage-turbinage HES-SO Valais-Wallis HEI, Sion
• Petite hydraulique
12SCCER BIOSWEET – Biomass
for Swiss Energy Future
SCCER BIOSWEET groups a consortium of 15 Partners from
9 Academic Institutions and more than 50 Cooperation
Partners from private or public sector organizations.
The SCCER BIOSWEET focuses on the development of
sustainable biochemical and thermochemical biomass
conversion technologies with the vision to contribute addi-
tional 100 Petajoule from bioenergy to the Swiss Energy
Strategy 2050, i.e. doubling of the current biomass energy
usage. The research is directed towards market imple-
mentation but guided by the Swiss economical, environ- Funds
mental, and political framework. Collaborative partnerships CTI – SCCER BIOSWEET
are established along the whole chain of innovation from Collaboration
basic research to industrial installations. HES-SO is leading PSI, BFH, ETHZ, EPFL, SUPSI, WSL, ZHAW
WP1 « Biochemicals fuels and Power ».
Project duration
www.sccer-biosweet.ch 2014 > 2017
Research fields Project’s responsible
Jean-Bernard Michel
• Biochemical conversion jean-bernard.michel @ heig-vd.ch
• Thermochemical conversion Thermal Engineering Institute
• New biomass fuels HEIG-VD, Yverdon-les-Bains
• Life cycle assessment and biomass inventory
13Projets de recherche en énergie
Pumped heat
electricity storage
Future electricity systems will be characterized by high
shares of fluctuating renewables. Several measures are Funds
needed, among which electricity storage plays a prominent CTI
role. Within the proposed project a novel concept shall be Alstom
experimentally validated at model scale. It is based on
a combined heat pump/power cycle. Electricity is only Collaboration
stored under the form of heat. In case of missing input Alstom Switzerland
from renewable sources, the plant can still deliver power Project duration
by supplying heat externally, e.g. through combustion of 2013 > 2016
biomass. Project’s responsible
Roger Röthlisberger
Research fields roger.rothlisberger @ heig-vd.ch
• Electricity storage Thermal Engineering Institute,
• Heat pump HEIG-VD, Yverdon-les-Bains
• Renewable energy
14DUO TURBO Providing Industrial
and Competitive Family of Low-
CAPEX Integrated Plug-and-Play
Energy Recovery Stations
The project focuses on turning a counter rotating micro-
turbine proof of concept into a range of standard energy
recovery stations able to harvest energy on drinking water
networks. The plug-and-play concept to be developed will
require a low investment for the final customers, reaching
economic feasibility with an available hydraulic power
below 25 kW. A new part of the Swiss and international
renewable energy potential will then be targeted and pro-
fitably exploited. Funds
CTI
Champs de recherche Collaboration
• Hydraulique EPFL, Jacquier-Luisier SA,
• Petite hydro-électricité Valelectric Farner SA, TELSA SA
• Micro-turbine Project duration
2014 > 2017
• Réseau d’eau potable
Project’s responsible
• Infrastructure existante Cécile Münch-Alligné
cecile.muench @ hevs.ch
Institue for Industrial Systems,
HES-SO Valais-Wallis HEI, Sion
15Projets de recherche en énergie
SEMS-ESCO : Limitation
du pic quart-horaire dans
les installations professionnelles
et optimisation énergétique
par le biais d’unités de stockage
Stignergy optimise la consommation électrique des pro-
fessionnels. Son produit SEMS réduit dynamiquement le
pic de puissance mensuel, grâce à un algorithme distribué
permettant d’ordonnancer l’activité des principaux appa-
reils d’une installation électrique. Ce projet vise à développer
une nouvelle génération de matériel et d’algorithme per-
mettant la prise en compte d’une unité de stockage élec- Financement
trique, pour mieux limiter les pics de puissance et pour CTI
mieux valoriser et rentabiliser la production locale d’élec- Stignergy SA
tricité produite à partir de panneaux photovoltaïques ou Leclanché
de mini-éoliennes. Collaboration
Stignergy SA, Leclanché SA et SUPSI
Champs de recherche Durée du projet
• Gestion de stockage d’énergie 2014 > 2017
• Délestage dynamique Responsable du projet
Bertrand Hochet
• Intelligence collective betrand.hochet @ heig-vd.ch
Institut des Systèmes d’Information
eMbarqués (SIM)
HEIG-VD, Yverdon-les-Bains
16SHX – A nouvel Self-Healing medi-
cal diagnostic X-ray power source
Financement : CTI
Le projet SHX entre dans le plus large projet GlobalDiagnostiX
www.globaldiagnostix.org, qui consiste à développer une
machine de radiographie adaptée aux pays pauvres. Le
principal objectif est de développer une machine de radio-
graphie numérique incluant un module d’échographie, ayant
un coût total inférieur à 50’000 dollars, c.-à-d. une réduction
d’un facteur 10 par rapport à la technologie actuelle.
L’objectif du travail proposé dans SHX est d’étudier
une nouvelle structure pour la partie d’alimentation
haute tension (40-120 kV) du tube d’une machine à
rayons X conçue selon les contraintes présentées par
une application dans un réseau faible typique des pays
pauvres et de réaliser un démonstrateur des concepts
proposés.
L’alimentation haute tension a été développée par la
HEIG-VD, tandis que l’interface vers le réseau électrique
a été développée par la HES-SO Valais.
Champs de recherche
• Radiographie Financement
CTI
• Alimentation haute tension
Collaboration
• Rayon X EPFL/DESL, JBAG (Brunnen)
• Réseau faible Durée du projet
2011 > 2014
Responsable du projet
Mauro Carpita
mauro.carpita @ heig-vd.ch
Institut d’Energie et de Systèmes Electriques
(IESE)
HEIG-VD, Yverdon-les-Bains
17Projets de recherche en énergie
Neurocool 2 : Development
of a self-Commissioning,
predictive controller for central
air conditioning
The application of predictive model based methods for
Heating Ventilation and Air Conditioning has been demons-
trated successfully in phase 1.
Neurobat targets to extend its product portfolio to air
conditioning (AC). During an initial CTI Feasibility, a patent
and market survey has been performed. Moreover, the
simulation study showed potential energy savings of up
to 20% w.r.t. to conventional controllers. The project aims
to develop such novel AC controller prototypes with final
tests on 3 pilot test sites.
The thermal engineering institute is responsible for the Funds
WP on simulation environment : to develop and use a com- CTI
prehensive simulation environment for the development Neurobat AG
and the validation of the control algorithms. Collaboration
Various occupancy scheduling and climatic conditions CSEM
are considered. The building technical system (cooling Project duration
system) will be integrated. 2014 > 2016
Research fields Project’s responsible
Jean-Bernard Michel
• Building energy jean-bernard.michel @ heig-vd.ch
• Energy efficiency Thermal Engineering Institute,
• Predictive control systems HEIG-VD, Yverdon-les-Bains
• Building simulation
18Miniaturisierung des Torus-
Spiralgetriebes in Kunststoff-
Stahl und Kunststoff-
Kunststoff zur Erschliessung
des Massenmarktes der
hochuntersetzten Kleingetriebe
Daten und Prozesse wurden erarbeitet um ein torus®-
Getriebe mit der Materialpaarung Stahl-Kunststoff herstellen
und anbieten zu können. Dazu wurden Versagensmecha-
nismen und optimale Schmierstoffkombinationen
untersucht.
Mittels modernster Simulationswerkzeuge wurden die
Belastungswerte im Vergleich zu einem vergleichbaren
Schneckengetriebe analysiert und ein thermisches
Auslegungstool programmiert.
Prototypen wurden sowohl auf einem eigens gefertigten
Dauerlaufprüfstand, als auch auf einem Wechsellastprüfstand
in einer Klimakammer im Benchmark gegen von der
Automobilindustrie zertifizierte Serienantriebe getestet.
Das Projekt hat gezeigt, dass ein torus-Getriebe aus
Kunststoff herstellbar und funktionsfähig ist. Der bisherige
Stand der Technik lässt darauf schliessen, dass ein Finanzierung
Markt vorhanden ist. Insbesondere im Wettbewerb KTI
mit Schneckengetrieben ist das torus-Getriebe für Neurobat AG
Anwendungsfälle in denen Selbsthemmung, eine hohe Zusammenarbeit
Übersetzung bei geringem Platzbedarf und geringer Tedec AG, Johnson Electric APG, Thermoplast AG
Verschleiss gefordert ist eine erstzunehmende Alternative.
Projektdauer
Forschungsfeld 2014 > 2016
• Getriebeentwicklung Projektleiter
Sebastian Leopold
• Tribologie sebastian.leopold@hefr.ch
• Wirkungsgradverbesserung Institut für Sustainable Engineering Systems – SeSi,
• Torus-Spiralgetriebe Hochschule für Technik und Architektur Freiburg
• Hochuntersetzte Präzisionsgetriebe
19Projets de recherche en énergie
ACTIVE INTERFACES – Holistic
strategy to Accelerate the
transposition of advanced BIPV
adapted solutions into real
innovative ractices
Building-integrated photovoltaic systems (BIPV) could be
a high growth market with high impact for the economy
and the « Energiewende ». A better understanding of the
technology acceptance and of the needs of the market is
required for the design of optimised solutions and to ensure
efficient knowledge and technology transfer. Value propo-
sition breakdown along the value chain is essential to
guarantee benefits for each actors. The research will focus
on the systems studied and developed in the joint project,
in the context of urban renewal in general and applied to
the City of Neuchatel.
Once realistic and promissing value propositions will
be assessed for the key market segments and technolo-
gies, the project will focus on the design and implementation
of communication and knowledge transfer tools. Funds
This proposal is part of the Joint Project « ACTIVE INTER- SNF – NRP 70 « Energy Turnaround »
FACES - Holistic operational strategies crossing over the Collaboration
obstacles for a large-scale advanced PV integration into EPFL, CSEM
urban renewal processes ».
Project duration
Research fields October 2014 > October 2017
• Building-integrated photovoltaic systems Project’s responsible
Jean-Philippe Bacher
• Value proposition breakdown jean-philippe.bacher @ hefr.ch
• Renewable energy integration Institut ENERGY
• Technology transfer Haute école d’ingénierie et d’architecture
de Fribourg
• Business model assessment
20Hydropower Operation
and Economic Performance
in a Changing Market Environment
(HP-Operation)
To successfully implement the Energy Strategy 2050 suf-
ficient investments are required, that needs to be financed
by the operation. Thus, production needs to become more
flexible to cope with the increased volatility of the market.
The aim of this project is to provide modeling tools and
insights how HP operation can account for those challenges
by extending the existing approaches to account for diffe-
rent trading alternatives and market segments like future
markets, the energy spot-market, or the reserve capacity
market while at the same time include the technical and
socio-economic constraints on the plant operation. This
will be done for single and cascading hydropower plants.
Also we will provide a methodology and tooling for the
economic assessment of upcoming HP techniques that
can increase efficiency or flexibility of HP production.
This information will help the Swiss hydropower industry, Funds
to increase their profitability and therefore support the goals SNF – NRP 70 « Energy Turnaround »
of the Energy Strategy 2050, and increase their competitive
situation in the European energy market. Collaboration
Uni Basel, Uni Geneva, HTW Chur,
Research fields Alpiq, FMV, AET, Misurio
• Hydropower Project duration
October 2014 > April 2018
• Operations Research
Project’s responsible
• Economic Assessment René Schumann
• Market Simulation rene.schumann @ hevs.ch
• Optimization Institute of Information Systems,
HES-SO Valais-Wallis HEG, Sierre
• Flexible Production
21Projets de recherche en énergie
Modélisation d’un système
énergétique durable en incluant
les paramètres comportementaux
et sociaux
Suivant leur dessein de réduire les émissions de gaz à
effet de serre, les pays européens cherchent à diminuer
drastiquement leur consommation d’énergie. Ce projet
propose de modéliser le système énergétique de la
Roumanie afin de découvrir la meilleure politique énergé-
tique pour ce pays.
Une contribution significative et innovante sera l’inté-
gration des économies d’énergie réalisables grâce à un
changement de comportement des consommateurs. Pour Financement
cela, nous ferons une enquête sociologique en Roumanie. FNS – SCOPES
Les résultats seront comparés aux toutes récentes enquêtes Collaboration
réalisées par notre équipe en Suisse, afin de déterminer Bucharest Academy of Economic Studies
les similitudes et les différences entre ces deux pays. Durée du projet
Octobre 2013 > Octobre 2016
Champs de recherche
Responsable du projet
• Markal-TIME Francesco Moresino
• Energy and Environmental Planning francesco.moresino @ hesge.ch
• Demand Side Management Haute école de gestion de Genève
• Behavioural Change
22Tests, simulation
and validation of adsorption
heat pump applications
This project belongs to a joint project untitled : « Thermally
driven adsorption heat pumps for substitution of electricity
and fossil fuels » (THRIVE). The objective of THRIVE is to
develop an adsorption heat pump (AdHP) able to upgrade
low-grade thermal energy to satisfy the space heating
demand and use driving heat to meet the cooling demand
of residential and administrative buildings. Different sources
of low-grade heat will be studied during this joint-project Funds
(industrial processes, waste incineration, district heating SNF – NRP 70 « Energy Turnaround »
networks, cogeneration solar thermal energy or gas bur-
ners). The AdHP developed within this joint project will Collaboration
have a 10kW cooling capacity and a 30kW heating capacity. IBM, PSI, HSR Rapperswil
The main objectives of this project are the following : Project duration
• Identification of application opportunities December 2014 > December 2017
and early markets where the developed Project’s responsibles
AdHP could be adopted first Daniel Pahud
• Experimental validation of the adsorption daniel.pahud @ heig-vd.ch
heat pump performances Stéphane Citherlet
stephane.citherlet@heig-vd.ch
• Testing and optimization of the first and second Institut de Génie Thermique,
AdHP assembled in the associated subprojects HEIG-VD, Yverdon-les-Bains
• Development and validation of a thermal
performance model of AdHP with TRNSYS
Research fields
• Adsorption heat pump
• Thermal coefficient of performance
• Electrical coefficient of performance
• System integration
23Projets de recherche en énergie
Systemic, Multi-Scale Approach
to Integration of Renewable
Energies in Electric
Power Systems
Le tournant énergétique amorcé dans notre pays, en par-
ticulier la fermeture annoncée des centrales nucléaires
et la politique de réduction des émissions des gaz à effet
de serre, va engendrer une pénétration accrue, très
importante à terme, des nouvelles sources d’énergie renou-
velable. Ce projet propose une approche systémique « top-
down » à l’intégration de ces sources d’électricité fluctuantes
non contrôlables dans le réseau électrique.
L’approche consiste à considérer le réseau électrique
suisse comme un ensemble de sous-réseaux de plus en
plus nombreux et de taille de plus en plus petite. De manière
récursive, la location, la capacité et la nature des solutions
de stockage seront précisées avec une résolution gran-
dissante (géographique et en termes de niveau de tension). Financement
Les buts du projet sont de proposer des scénarios d’inté- FNS – Assistant Professor Energy Grant
gration de renouvelables optimaux aux sens Ecologique, Durée du projet
Economique, de l’Equilibre du réseau et de l’Efficience Août 2014 > Août 2018
énergétique. Responsable du projet
Philippe Jacquod
Champs de recherche philippe.jacquod @ hevs.ch
• Energies renouvelables Institut Systèmes Industriels,
• Réseaux électriques HES-SO Valais-Wallis HEI, Sion
• Stockage d’électricité
24Understanding the market
for raw wood : supply
and demand aspects
The research proposal focuses on various aspect of demand
and supply of raw wood and aims to integrate different
methods and approaches. The project will shed some light
on a number of questions, particularly :
• The of how the market for raw wood functions
namely the elements of aggregate demand and
supply and their developments over time Funds
• The values placed by the users and the society as SNF - NRP 66 « Resource Wood »
a whole on the existence of the forest ecosystem, Collaboration
as well as the relative value of the different forest Université de Neuchâtel
functions compared to the economic function of
producing wood Project duration
2012 > 2015
• The determinants of the level of current costs
and of the production inefficiency within Project’s responsible
the timber industry Andrea Baranzini
andrea.baranzini @ hesge.ch
• The behaviour of the timber industry and the CRAG, Haute école de gestion de Genève
implicit values attached by the industry to various
services derived from forests
Research fields
• Market for raw wood
• Technical efficiency
• Sawmills
• Forest functions
• Forest ecosystems
25Projets de recherche en énergie
GOUVEOLE – Gouvernance
territoriale de l’activité éolienne
Ce projet de recherche a pour objectif de mieux comprendre
les processus de décision en matière d’acceptabilité sociale
des éoliennes et de proposer des outils d’ingénierie sociale
pour favoriser le dialogue et les négociations entre les
acteurs impliqués au sein des territoires concernés.
A travers l’étude de quatre projets éoliens, le projet
mettra en évidence les valeurs et les connaissances qui
fondent les rapprochements et les oppositions entre les
groupes sociaux à l’occasion de la préparation d’un projet
éolien. Il analysera également le rôle des droits de propriété
et des politiques publiques dans la régulation de la conflic- Fonds
tualité, l’importance des mécanismes de compensation, FNS – Div 1 Sciences humaines et sociales
ainsi que l’influence des outils d’information et de décision Collaboration
mobilisés sur les positions défendues par les acteurs UNIL – IDHEAP, Université de Berne
impliqués. Durée du projet
http://gouveole.heig-vd.ch/ Mars 2014 > Mars 2017
Responsable du projet
Champs de recherche Florent Joerin
• Processus de décision florent.joerin @ heig-vd.ch
• Régime institutionnel de ressources Institut de Géomatique, Gestion de
l’environnement, Construction et
• Gouvernance territoriale surveillance d’ouvrages (G2C)
• Aide à la décision HEIG-VD, Yverdon-les-Bains
• Coalitions d’acteurs
• Eolien
26APEAS – Automatic Personal
Energy Advicing System
Le projet CTI APEAS a permis de démontrer la faisabilité
d’un système de conseils automatiques aux ménages Financement
à propos de leur consommation d’électricité sur la base OFEN
d’une mesure centralisée de la consommation. Des tech- Fondation The Ark
niques de désagrégation de la courbe de charge ont été
appliquées afin de produire un bilan pour les 50 ménages Collaboration
qui ont participé à ce projet. Suite à cela, un nouveau projet GEROCO SA, Groupelec, Romande Energie,
OFEN a été mis en place avec des distributeurs d’électricité IIG HES-SO VS
(Groupelec et Romande Energie), afin de réaliser un pilote Durée du projet
de 200 ménages, basé sur une mesure simplifiée comptant Janvier 2015 > Juin 2016
les impulsions des compteurs existants. Responsable du projet
Pierre Roduit
Champs de recherche pierre.roduit @ hevs.ch
• Energy data analysis Institut Systèmes Industriels,
• Non intrusive appliance load monitoring HES-SO Valais-Wallis, Sion
• Energy advices
27Projets de recherche en énergie
Caractérisation des modules
photovoltaïques à colorant
de l’entreprise g2e
(Glass to Energy)
L’entreprise Glass To Energy (g2e) développe la fabrication
de panneaux solaires à colorant sur la base de la techno-
logie « Grätzel » mise au point par l’EPFL.
L’objectif du projet est de concevoir des instruments
de mesure et caractérisation de ces cellules, accordés à
leurs spécificités. Par exemple, des posages avec éléments
Peltiers permettent la caractérisation en température. Et
un posage situé sur le toit de la HEIG-VD raccordé à un
système d’acquisition permet la mesure de leurs perfor-
mances en temps réel et dans les conditions concrètes Financement
d’utilisation. Des systèmes MPPT particuliers ont été OFEN
développés, adaptés à la caractéristique des panneaux
individuels. Collaboration
Glass To Energy (g2e)
Champs de recherche Durée du projet
• Tests 2013 > 2015
• Mesures Responsable du projet
Jean-François Affolter
• Caractérisation jean-francois.affolter @ heig-vd.ch
• Solaire photovoltaïque Institut d’Energie et Systèmes Electriques,
• Analyses HEIG-VD, Yverdon-les-Bains
• Traitement de données
28TORPLANT – Développement
et pilote d’un système intégré
de torréfaction de biomasse,
phase laboratoire
Le projet Torplant consiste en la construction, les essais
et l’optimisation d’une unité pilote de torréfaction de bio-
masse d’environ 100 kg/h soit environ 500 kWth avec
production combinée d’énergie mécanique et étude de la
valorisation des gaz de torréfaction. On vise la production
d’un combustible économique de bonne qualité qui puisse
être stocké à long terme et utilisé pour la production d’élec-
tricité et/ou de chaleur, ainsi que la valorisation sur site
des gaz de torréfaction. Le projet est séparé en une phase
de laboratoire et une phase pilote sur un site industriel.
Objectifs de la phase laboratoire :
• Torréfaction de diverses sources de biomasse telles
que les bois de rebus non contaminés, les déchets
de taille et branchages, les déchets agricoles et
forestiers et les rebus de méthanisation
• Production de pellets à partir de la biomasse torréfiée
Financement
• Démonstration de leur conformité aux normes OFEN
environnementales et aux critères d’acceptabilité Services Industriels de Genève
des clients potentiels
Durée du projet
La phase pilote fait l’objet d’un projet industriel. 2011 > 2013
Champs de recherche Responsable du projet
Jean-Bernard Michel
• Bioénergie jean-bernard.michel @ heig-vd.ch
• Génie thermique Institut de Génie Thermique
• Torréfaction HEIG-VD, Yverdon-les-Bains
• Combustion
29Projets de recherche en énergie
Production décentralisée
d’électricité et de chaleur de très
petite puissance (1 kWe)
à partir de bois, pour l’habitat
Ce projet consiste à développer une micro-turbine à gaz
à combustion externe utilisant l’air ambiant comme fluide
de travail (appelée aussi turbine à air chaud). Il s’agit de
concevoir un ensemble complet formé de turbomachine,
basée sur des compresseurs et turbine de type radial et
supportée par des paliers à gaz, l’échangeur de chaleur
pour transférer l’énergie thermique dégagée par la
combustion du bois au fluide de travail, un éventuel
récupérateur de chaleur sur le flux en sortie de turbine (si
pertinent), une génératrice électrique et l’électronique de
puissance nécessaire à la conversion du courant aux spé-
cifications du réseau électrique.
Le but est d’obtenir un système complet indépendant
capable de produire dans un premier temps environ 1 kW Financement
électrique et 4 kW thermiques. Ce système doit idéalement OFEN
pouvoir être mis en œuvre indépendamment de la forme du Etat de Vaud
bois (bûches, plaquettes ou granulés) ou du type d’installation Services Industriels de Genève
(chaudière ou poêle), sans modification majeure, cela afin Durée du projet
d’en réduire les coûts. L’installation devra cependant être 2013 > 2017
prévue pour intégrer un tel dispositif. Responsable du projet
Le résultat du projet doit être un premier système complet Roger Röthlisberger
intégré à une chaudière à granulés de bois du marché, éprouvé roger.rothlisberger @ heig-vd.ch
dans des conditions de laboratoire et à même de pouvoir subir Institut de Génie Thermique
ensuite un test d’endurance en conditions réelles d’utilisation HEIG-VD, Yverdon-les-Bains
(état de pré-industrialisation).
Champs de recherche
• Bois énergie
• Génie thermique
• Cogénération
• Turbine à air chaud
• Combustion
30Hydrogen, Bioethanol
and Electricity Production
with a bioelectrical cell
The combined hydrogen, methane and bioethanol produc-
tion within a microbial electrolysis cell is evaluated. This
process is compared to alternative renewable electricity
and bio-ethanol production in a microbial fuel cell. The
mixed product cultivation is an approach to enhance the
productivity of any fermentation process and here exem-
plified for a flexible bioelectrical system that promises
to enhance the overall atom economy in bioelectric
systems.
Research fields
• Bioelectric system Funds
• Microbial fuel cell OFEN
• Microbial electrolysis cell Collaboration
• Bioethano ERZ Zürich, CEKAtec AG, BFH-TI,
FH-Recklinghausen (D)
• Electrohydrogeneration
Project duration
• Electromethanisation 2013 > 2015
Project’s responsible
Fabian Fischer
fabian.fischer @ hevs.ch
Life Technologies Institute,
HES-SO Valais-Wallis HEI, Sion
31Projets de recherche en énergie
PEEAP Compteurs
L’OFEN poursuit différentes études et mesures d’augmen-
tation de l’efficacité de l’utilisation finale de l’électricité.
Cette étude traite le potentiel d’économie énergé-
tique des compteurs d’électricité, donc l’un des aspects
« en amont » de la consommation. Son périmètre se
limite aux compteurs ménage. Les objectifs principaux
du projet sont :
• La détermination, par une analyse « bottom-up »,
du potentiel d’économie de courant sur la consomma-
tion propre des compteurs électriques basse tension
• La réalisation de l’analyse avec la participation Financement
active des entreprises électriques de Suisse OFEN
Romande Collaboration
• L’identification d’éventuels projets ou programmes Romande Energie, Groupe-e, Spontis
qui pourraient entrer dans le cadre d’appels d’offres Durée du projet
public Janvier 2014 > Juin 2014
Champs de recherche Responsable du projet
Patrick Favre-Perrod
• Compteurs intelligents patrick.favre-perrod @ hes-so.ch
• SmartMeter Institut ENERGY
• SmartGrid Haute école d’ingénierie et d’architecture
de Fribourg
• Efficacité énergétique
32Rénovation à haute efficacité
énergétique et faibles impacts
environnementaux (ECO-Reno)
Ce projet vise à améliorer les connaissances dans le domaine
de la rénovation des bâtiments d’habitation à hautes per-
formances environnementales et a améliorer la dissémi-
nation des connaissances auprès des professionnels
du secteur mais également des propriétaires de bâti-
ments et des investisseurs. Ce projet comprend plusieurs
volets : détermination de l’épaisseur optimale d’isolation,
rénovation des bâtiments avec un chauffage électrique,
participation à une annexe de l’AIE et analyse énergétique,
environnementale et financière de la rénovation énergé-
tique à très haute efficacité d’une habitation multifamiliale
(60 appartements).
Champs de recherche
Financement
• Rénovation énergétique OFEN
• Impacts environnementaux Collaboration
• Efficacité énergétique Econcept, AIE
Durée du projet
2012 > 2015
Responsables du projet
Blaise Perisset
blaise.perisset @ heig-vd.ch
Stéphane Citherlet
stephane.citherlet@heig-vd.ch
Institut de Génie Thermique
HEIG-VD, Yverdon-les-Bains
33Projets de recherche en énergie
Campagne de mesures : instal-
lation solaire thermique à haute
température de Colas Suisse SA
Ce projet a pour but d’analyser les performances d’une
installation solaire à haute température (jusqu’à 200 °C)
intégrée sur le site industriel de COLAS Suisse SA à Yverdon-
les-Bains. Il vise également à montrer et à promouvoir
les bénéfices liés à l’utilisation de la chaleur solaire avec
stockage thermique sur des sites industriels. Cette ins- Financement
tallation utilise l’énergie solaire à la fois pour assurer une OFEN
partie des besoins énergétiques en chauffage et eau chaude
sanitaire du bâtiment de fonction du site et pour maintenir Collaboration
en température deux cuves de stockage de 100 m3 bitume. OFEN, COLAS Suisse SA,
Les différentes étapes du projet sont : SRBenergy, SPF, MRI, Romande Energie
• Mesure des performances Durée du projet
2013 > 2016
• Modélisation numérique de l’installation
Responsables du projet
• Optimisation thermique, économique et environne- Mircea Bunea
mentale de l’installation mircea.bunea @ heig-vd.ch
Stéphane Citherlet
Champs de recherche stephane.citherlet@heig-vd.ch
• Solaire thermique Institut de Génie Thermique,
• Haute température HEIG-VD, Yverdon-les-Bains
• Stockage thermique
34Utilisation optimale
des pompes en parallèle
Les pompes, les ventilateurs, les compresseurs et les
autres machines entraînées par les moteurs électriques
représentent près de 2/3 de l’électricité consommée dans
le secteur industriel et près de 1/3 de l’électricité consom-
mée dans le secteur tertiaire. En Suisse, ces applica-
tions représentent plus de 40% de la consommation totale
d’électricité.
Dans de nombreuses installations, plusieurs pompes
fonctionnent en parallèle. C’est le cas des groupes de sur-
pression, du pompage des eaux usées, des systèmes de
conduites communales et de nombreuses applications
industrielles. L’installation et l’exploitation judicieuses du
système permettent une utilisation efficace d’un point de
vue énergétique avec une fiabilité élevée.
Le projet a pour principal objectif de réaliser un banc
d’essais afin de montrer l’intérêt d’une utilisation ration-
nelle des pompes en parallèle avec un contrôle approprié Financement
visant une optimisation du rendement et de la fiabilité de OFEN
l’installation. Le banc d’essais sera utilisé et valorisé comme Fondation ProTechno
outil didactique dans le cadre de post-formations et pour
les laboratoires d’étudiants à la HEIG-VD. Durée du projet
2014 > 2016
Champs de recherche Responsable du projet
• Entraînements électriques Christophe Besson
christophe.besson @ heig-vd.ch
• Optimisation énergétique Institut d’Energie et Systèmes Electriques (IESE),
• Moteurs HEIG-VD, Yverdon-les-Bains
• Pompes
35Projets de recherche en énergie
Simuler des installations
géothermiques mesurées
L’objectif principal de l’étude vise à simuler des installations
géothermiques mesurées pour observer comment les
calculs reproduisent les mesures. L’étude est effectuée
sur des installations dont on dispose de mesures suffi-
samment détaillées qui permettent de refléter son fonc- Financement
tionnement réel. Les installations sont choisies en fonction OFEN
des critères suivants : Programme SuisseEnergie
• Installation pour le chauffage uniquement Collaboration
• Installation avec quelques sondes géothermiques, EWZ
mais le nombre exact reste ouvert Durée du projet
• Disposer d’un minimum de cinq ans de mesures, 2014 > 2015
idéalement une dizaine d’années Responsables du projet
• Les données techniques de l’installation, Daniel Pahud
sondes géothermiques et terrain inclus, daniel.pahud @ heig-vd.ch
sont connues et disponibles Stéphane Citherlet
stephane.citherlet@heig-vd.ch
L’outil de calcul utilisé pour l’étude est TRNSBM, qui n’est Institut de Génie Thermique,
autre que le programme SBM (Superposition Borehole HEIG-VD, Yverdon-les-Bains
Model) intégré dans le software TRNSYS (Transient System
Simulation).
Champs de recherche
• Sondes géothermiques
• Comparaison simulation – mesure
• Effets à long terme
36Containers mobiles utilisés
comme abris de chantier
ou locaux de services :
Responsables du projet d’une
fiche d’information
L’objectif principal de l’étude vise à simuler des installations
géothermiques. La HES-SO Valais a été mandatée par l’OFEN Financement
pour évaluer la situation des containers mobiles au niveau OFEN
de l’isolation thermique et de la consommation énergétique.
Une fiche d’information sera réalisée afin d’éclairer les Collaboration
aspects énergétiques des locaux transportables (contai- Agence Minergie Romande (bureau EHE)
ners, pavillons) utilisés seuls ou juxtaposés pour des Durée du projet
affectations de chantiers ou de locaux scolaires, d’admi- 2013 > 2015
nistrations, etc. Responsable du projet
René Vuilleumier
Champs de recherche rene.vuilleumier @ hevs.ch
• Optimisation énergétique Institut Systèmes Industriels,
• Isolation HES-SO Valais-Wallis HEI, Sion
• Chauffage
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